JPH04251581A - 超音波モータの駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波モータの駆動制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、磁気発生がなく、小型でトルクが
大きいことから、磁気記憶媒体の処理装置等の駆動源と
して超音波モータが利用されている。

【０００３】超音波モータは、図５に示すように、中心
に回転軸１を有する円板状の回転子２と、環状に配列さ
れた複数の圧電体３１　〜３ｎ　、４１　〜４ｎ　、５
および圧電センサ６の上面に弾性体７が接着された固定
子８とによって構成されている。

【０００４】圧電体３１　〜３ｎ　、４１　〜４ｎ　は
、極性が互い違いとなるように並んでおり、図６に示す
ように、左側の圧電体３１　〜３ｎ　と右側の圧電体４
１　〜４ｎ　に対して、圧電体の共振周波数に近い周波
数で９０度位相が異なる交流信号を電極９ａ、９ｂ、１
０ａ、１０ｂより印加すると、圧電体３１　〜３ｎ　、
４１　〜４ｎ　は、円周方向に屈曲振動し、左右の波が
中間の圧電体５を介して干渉し、図７に示すように、弾
性体７の表面には、円周方向に沿って進行する弾性波が
生じる。

【０００５】このため、弾性体７に上方から接している
回転子２は、弾性波の進行する方向と反対の方向に回転
駆動される。

【０００６】なお、、弾性波の振幅は、図８の特性Ａに
示すように交流信号の周波数が圧電体３１　〜３ｎ　、
４１　〜４ｎ　の共振周波数Ｆ０　に近い程大きくなり
、弾性波の振幅の大きさに追従して、回転子２の回転速
度も速くなる。

【０００７】この超音波モータを所定の目標速度で定速
回転させるための駆動制御装置として、従来より図９に
示すように、超音波モータの回転子２に連結した回転速
度検出器（例えばロータリエンコーダ）１１からの信号
の周期（あるいは周波数）を、回転速度比較手段２１で
目標速度に対応した周期と比較し、その比較出力を受け
た駆動周波数制御手段２２により、発振器２３の発振周
波数を所定の周波数変化率で可変して、常に回転速度検
出器１１からの信号周期を、目標速度に対応した周期に
近づける方向にフィードバック制御する駆動制御装置２
０が用いられている。

【０００８】なお、図９において、２４は発振器２３の
出力信号を９０度位相の異なる駆動信号に変換する移相
回路である。

【０００９】このフィードバック制御により、例えば負
荷の変動等で回転速度が一時的に変動しても、モータ回
転速度は、フィードバックループの応答速度に応じて目
標速度に復帰し、長時間にわたって定速に駆動される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、超音波
モータの共振特性は、図８の特性Ａや特性Ｂのように個
々に大きなバラツキがあり、例えば、傾きの小さい特性
Ａの超音波モータに適した周波数変化率で特性Ｂの超音
波モータを定速駆動した場合、超音波モータの回転速度
の変動に対してループの応答が追いつけない状態になっ
てしまう。

【００１１】逆に、傾きの大きい特性Ｂの超音波モータ
に適した周波数変化率で特性Ａの超音波モータを定速制
御した場合は、超音波モータの回転速度の変動に対して
過大な制御がかかり、ループ応答が振動のある不安定な
ものになってしまう。

【００１２】本発明は、この課題を解決した超音波モー
タの駆動制御装置を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
、本発明の超音波モータの駆動制御装置は、回転速度検
出器からの検出信号を受けつつ駆動信号の周波数を所定
範囲可変して、駆動信号の周波数とモータ回転速度との
関係を示す特性データを予め記憶する特性データ記憶手
段と、定速駆動時における１回毎の周波数可変による回
転速度変化量が、ほぼ所定値となるための周波数変化率
を、特性データ記憶手段に記憶された特性データに基づ
いて算出する周波数変化率算出手段とを備えている。

【００１４】

【作用】したがって、超音波モータは、予め記憶された
特性データに基づいて算出された周波数変化率で定速駆
動され、周波数可変による回転速度変化量は、毎回ほぼ
所定値となる。

【００１５】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説
明する。

【００１６】図１は、一実施例の超音波モータの駆動制
御装置（以下、駆動制御装置と記す）３０の構成を示す
ブロック図である。

【００１７】図１において、３１は、後述するＣＰＵ４
０からの出力データに対応した電圧を出力するＤＡ変換
器、３２は、ＤＡ変換器３１の出力電圧の変化に対して
逆方向に周波数変化する信号を発振出力するＶＣＯ（電
圧制御発振器）である。

【００１８】３３は、後述するスイッチ４２を介して入
力されるＶＣＯ３２からの信号を１／４分周することに
より、９０度位相の異なる交流信号を発生する移相回路
である。３４、３５は、移相回路３３の出力を増幅して
超音波モータＭの圧電体３１　〜３ｎ　、４１　〜４ｎ
　にそれぞれ印加するドライバである。

【００１９】超音波モータＭの回転子２には、回転子２
の回転速度に比例した周波数のパルス信号を出力するロ
ータリエンコーダ３６が連結されている。

【００２０】３７は、超音波モータＭの定常速度（目標
速度）を設定するための速度設定器であり、超音波モー
タＭが目標速度で回転するときの、ロータリエンコーダ
３６のパルス周期Ｔが設定される。

【００２１】ＣＰＵ４０は、スイッチ４２の操作あるい
は外部からの起動信号により、メモリ４１内に予め記憶
された処理手順に従って、超音波モータの特性データの
記憶と周波数変化率の算出、起動制御および定速制御を
行なう。

【００２２】図２は、スイッチ４２のオン操作で起動さ
れるＣＰＵ４０の処理手順を示すフローチャートであり
、以下、このフローチャートに従って、駆動制御装置３
０の超音波モータの特性データの記憶と周波数変化率の
算出動作を説明する。

【００２３】始めに、スイッチ４２のオン操作が検知さ
れると、ＤＡ変換器３１に対する電圧データＤが初期値
Ｄ０　に設定される（ステップ１、２）。

【００２４】このため、電圧データＤ０　に対応した周
波数（例えば図８のＦ１　）の２相の交流信号が超音波
モータＭに印加される。この交流信号の印加により、超
音波モータＭが除々に回転し、ロータリエンコーダ３６
からは、周期の長いパルス信号が出力され、その周期ｔ
が測定される（ステップ３）。

【００２５】次に、測定された周期ｔが、予め速度設定
器３７に設定された周期Ｔよりαだけ長い周期に達した
かが判定され、次に測定された周期ｔが、周期Ｔよりα
だけ短い周期に達したかが判定され、これらの周期に達
していない場合は、電圧データがＣだけ加算更新される
（ステップ４〜６）。

【００２６】この電圧データの加算更新が繰り返し行わ
れるうちに回転速度が上昇して、測定周期ｔが、Ｔ＋α
に等しくなると、このときの電圧データＤａ　が記憶さ
れ、さらに加算更新が続いて測定周期ｔが、Ｔ−αに等
しくなると、このときの電圧データＤｂが記憶される（
ステップ７、８）。

【００２７】これらの処理によって、図３のＧに示すこ
の超音波モータＭ固有の特性のうち、目標回転速度をは
さんだ所定範囲の特性データＤａ　、Ｄｂが記憶された
ことになる。

【００２８】次に、この超音波モータの特性の目標回転
速度付近の傾きＫが、２α／（Ｄｂ　−Ｄａ　）で算出
され、さらに所望の回転速度変化量Ｐが傾きＫで除算さ
れ、定速制御時における電圧データの１回毎の更新量β
（周波数可変率）が算出記憶される（ステップ９〜１１
）。

【００２９】以上の処理によって、この超音波モータの
特性に最適な定速制御時の周波数変化率が得られる。

【００３０】次に、外部からの起動信号を受けたＣＰＵ
４０の処理手順を図４のフローチャートに基づいて説明
する。

【００３１】起動信号がＨレベルになると、ＤＡ変換器
３１に初期データＤｏが出力され、この電圧データに対
応した周波数の駆動信号が超音波モータに印加される（
ステップ１２、１３）。

【００３２】次に、ロータリエンコーダ３６からの信号
の周期ｔが設定周期Ｔに達するまで、電圧データの加算
更新がＥずつ行われ、超音波モータが目標速度まで起動
される（ステップ１４〜１６）。

【００３３】このようにして、超音波モータＭが目標速
度まで起動されると、ＣＰＵ４０は、定速制御処理に移
行する。この定速制御処理では、ロータリエンコーダ３
６の出力パルスの周期ｔが測定され、測定された周期ｔ
と設定周期Ｔとの大小比較がなされる（ステップ１７、
１８）。

【００３４】ここで、モータ回転速度が目標速度に等し
い場合は、ｔ＝Ｔと判定され、ステップ１７へ戻る。

【００３５】また、負荷の変動等により、回転速度が目
標回転速度より上昇した場合は、ｔ＜Ｔと判定され、電
圧データは、特性データより得られた更新量βだけ減算
更新され、回転速度はＰだけ低下する（ステップ１９）
。

【００３６】逆に、回転速度が低下した場合は、ｔ＞Ｔ
と判定され、電圧データは更新量βだけ加算更新され、
回転速度はＰだけ上昇する（ステップ２０）。

【００３７】このように周波数可変毎の回転速度の変化
量は、毎回Ｐずつなされることになるが、例えば図３の
Ｈに示すように、この超音波モータＭと異なる特性を有
する超音波モータを駆動制御する場合でも、前述のステ
ップ１からステップ１１までの処理を行えば、この特性
Ｈの傾きＫ′に対応した更新量β′が得られ、毎回の回
転速度変化量を、一定値Ｐのままで定速制御することが
できる。

【００３８】

【他の実施例】なお、前記実施例では、ＤＡ変換器３１
に対する電圧データと、駆動信号の周波数とを等価とし
て特性データを得るようにしていたが、周波数カウンタ
で読み込んだ駆動信号の周波数データによって周波数変
化率を算出するようにしてもよい。

【００３９】また、前記実施例では、目標回転速度を挟
む比較的狭い範囲の特性の傾きにより、１つの周波数変
化率を算出していたが、目標回転速度の設定範囲が広い
場合は、その範囲を複数の領域に区分して、どの区分で
も回転速度変化量が一定値となるような、区分毎の周波
数変化率を算出して記憶すればよい。

【００４０】また前記実施例では、モータ回転速度と目
標速度の比較やＶＣＯに対する発振周波数制御をＣＰＵ
４０によって行なっていたが、これは本発明を限定する
ものでなく、アナログコンパレータや演算増幅器によっ
てこれらの制御を行なう駆動制御装置についても本発明
を適用することができる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の超音波モ
ータの駆動制御装置は、回転速度検出器からの信号を受
けつつ駆動信号の周波数を可変して、駆動する超音波モ
ータ固有の特性データを記憶し、定速制御時における回
転速度変化量をほぼ所定値にするための周波数変化率を
算出し、この算出された周波数変化率で、定速制御時に
おける周波数可変を行っているため、駆動される超音波
モータに特性のバラツキがあっても、ループ応答の一定
した安定な制御ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の一実施例の処理手順を示すフローチャ
ートである。

【図３】一実施例の要部の動作を説明するための図であ
る。

【図４】本発明の一実施例の処理手順を示すフローチャ
ートである。

【図５】超音波モータの構成を示す概略斜視図である。

【図６】超音波モータの要部の正面図である。

【図７】超音波モータの動作を説明するための概略図で
ある。

【図８】超音波モータの駆動周波数に対する弾性波振幅
の特性を示す図である。

【図９】従来装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

３０　　超音波モータの駆動制御装置 ３２　　ＶＣＯ ３３　　移相回路 ３６　　ロータリエンコーダ ３７　　速度設定器 ４０　　ＣＰＵ ４１　　メモリ ４２　　スイッチ Ｍ　　　　超音波モータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　駆動信号の周波数に応じて回転速度が
   変化する超音波モータの回転速度を、超音波モータの回
   転子に連結された回転速度検出器からの検出信号に基づ
   いて検出し、該検出された回転速度を予め設定された目
   標速度に近づける方向に、前記駆動信号の周波数を所定
   の周波数変化率で可変させ、前記超音波モータを前記目
   標回転速度で定速駆動する超音波モータの駆動制御装置
   において、前記回転速度検出器からの検出信号を受けつ
   つ前記駆動信号の周波数を所定範囲可変して、前記駆動
   信号の周波数とモータ回転速度との関係を示す特性デー
   タを予め記憶する特性データ記憶手段と、前記定速駆動
   時における１回毎の周波数可変による回転速度変化量が
   、ほぼ所定値となるための周波数変化率を、前記特性デ
   ータ記憶手段に記憶された特性データに基づいて算出す
   る周波数変化率算出手段とを備え、前記算出された周波
   数変化率で前記駆動信号の周波数を可変して、超音波モ
   ータを定速駆動することを特徴とする超音波モータの駆
   動制御装置。